JP3463524B2 - Method of manufacturing gallium nitride based compound semiconductor thin film - Google Patents

Method of manufacturing gallium nitride based compound semiconductor thin film

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JP3463524B2
JP3463524B2 JP20882897A JP20882897A JP3463524B2 JP 3463524 B2 JP3463524 B2 JP 3463524B2 JP 20882897 A JP20882897 A JP 20882897A JP 20882897 A JP20882897 A JP 20882897A JP 3463524 B2 JP3463524 B2 JP 3463524B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明が属する技術分野】本発明は窒化ガリウム系化合
物半導体薄膜の製造方法に関する。 【0002】 【従来の技術】窒化ガリウム系化合物半導体は、可視光
発光デバイスや高温動作電子デバイス用の半導体材料と
して注目されている。これらのデバイスにおいては、一
般に半導体薄膜を積層させた構造が用いられている。 【0003】ここで、窒化ガリウム系化合物半導体薄膜
を成長させる方法として、有機金属気相成長法が良く知
られている。この方法は、基板を設置した反応管内にI
II族元素の原料ガスとして有機金属化合物ガス(トリ
メチルガリウム(以下、「TMG」という。)、トリメ
チルアルミニウム(以下、「TMA」という。)、トリ
メチルインジウム(以下、「TMI」という。)等)
と、V族元素の原料ガスとしてアンモニアやヒドラジン
等を供給し、基板温度をおよそ900℃〜1100℃の
高温で保持して、基板上に窒化ガリウム系化合物半導体
薄膜を成長させる方法である。この方法により窒化ガリ
ウム系化合物半導体を成長させる場合、窒化ガリウム系
化合物半導体からなる基板が存在しないため、比較的格
子定数が近いサファイアや炭化珪素(SiC)等の異種
材料が基板として用いられている。 【0004】しかし、サファイアやSiC基板と窒化ガ
リウム系化合物半導体の間には格子不整が存在するた
め、これらの基板上に高温で窒化ガリウム系化合物半導
体を直接成長させると、窒化ガリウム系化合物半導体が
島状成長し、平坦な表面が得られない。 【0005】これを解決する手段として、特開平2−2
29476号公報や特開平6−151962号公報にて
開示されているように、窒化ガリウム系化合物半導体を
成長させる前に基板上に低温でアモルファス状の窒化ア
ルミニウム(AlN)や窒化アルミニウムガリウム(A
lGaN)からなるバッファ層を成長させ、このバッフ
ァ層上に高温で窒化ガリウム系化合物半導体を成長させ
る方法がある。そして、この方法を用いて窒化ガリウム
系化合物半導体薄膜を積層させた構造からなる発光素子
が作製されている。 【0006】 【発明が解決しようとする課題】しかしながら、低温で
成長させるバッファ層を用いる従来の方法によっても、
バッファ層上に成長させた窒化ガリウム系化合物半導体
薄膜には未だ多くの欠陥等が含まれているため、これを
用いて作製された発光素子の特性は十分でなく、高効率
な発光素子を実現するために窒化ガリウム系化合物半導
体薄膜のさらなる結晶性の改善が望まれている。 【0007】ここで、上記した従来の技術は、高温で窒
化ガリウム系化合物半導体薄膜を成長させる前に低温で
成長させるバッファ層を用いる方法である。このような
方法においては、専ら低温で成長させるバッファ層の材
料や成長条件等、あるいは高温で成長させる窒化ガリウ
ム系化合物半導体の成長条件等を最適化することによっ
てのみ、バッファ層上に成長させる窒化ガリウム系化合
物半導体薄膜の品質の改善が試みられているのが一般的
であり、バッファ層との界面近傍における窒化ガリウム
系化合物半導体薄膜自体の構造に着目した薄膜品質の改
善については特別顧みられていない状況にある。 【0008】 【0009】発明は、結晶性に優れる窒化ガリウム系
化合物半導体薄膜の製造方法を提供することを目的とす
る。 【0010】 【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の
造方法は、有機金属気相成長法を用いた窒化ガリウム系
化合物半導体薄膜の製造方法であって、基板を用意し、
この基板上にインジウムを含むバッファ層を成長させ、
バッファ層の上にインジウムを含む窒化ガリウム系化合
物半導体薄膜を成長させるとともに、窒化ガリウム系化
合物半導体薄膜の成膜においては、この窒化ガリウム系
化合物半導体薄膜のバッファ層と接する側から成長方向
にかけてインジウムの濃度が減少するようにインジウム
を含ませるものである。 【0011】 【0012】 【0013】 【発明の実施の形態】本発明の請求項1に記載の発明
は、有機金属気相成長法を用いた窒化ガリウム系化合物
半導体薄膜の製造方法であって、基板を用意し、この基
板上にインジウムを含むバッファ層を成長させ、バッフ
ァ層の上にインジウムを含む窒化ガリウム系化合物半導
体薄膜を成長させるとともに、窒化ガリウム系化合物半
導体薄膜の成膜においては、この窒化ガリウム系化合物
半導体薄膜のバッファ層と接する側から成長方向にかけ
てインジウムの濃度が減少するようにインジウムを含ま
せるものであり、窒化ガリウム系化合物半導体薄膜の結
晶性が改善されて優れた発光特性を有することができる
という作用を有する。また、バッファ層とこのバッファ
層の上に成長される窒化ガリウム系化合物半導体薄膜と
の格子定数差が界面近傍で小さくなり、歪みや結晶欠陥
等の発生が減少されて結晶性が改善されるという作用を
有する。 【0014】 【0015】 【0016】 【0017】 【0018】 【0019】以下、本発明の実施の形態について、図1
から図3を用いて説明する。 (実施の形態1)図1は本発明の実施の形態1で用いら
れる有機金属気相成長装置の主要部を示す概略断面図で
あり、反応部の構造およびその反応部に通じるガス系統
が示されている。 【0020】図1において、一方端にガス導入口11a
が、他方端にガス排出口11bが開口された反応管11
の上部には、基板12の薄膜成長面を下向きに保持する
基板ホルダ13が配設されている。反応管11の外部で
且つ基板ホルダ13の近傍には発熱体14が設置されて
おり、基板ホルダ13および基板12は発熱体14によ
って加熱される。 【0021】ガス導入口11aには、反応管11内にキ
ャリアガスおよび原料ガスを導入するためのガス配管が
接続されている。ガス配管は、主キャリアガスである窒
素ガスおよび水素ガスがそれぞれ流れる第1の配管17
aおよび第2の配管17bと、第2の配管17bから分
岐してTMG、TMA、TMIおよびビスシクロペンタ
ジエニルマグネシウム(以下、「Cp2Mg」とい
う。)をそれぞれ取り込むための水素ガスである副キャ
リアガスがそれぞれ流れる第3の配管17c、第4の配
管17d、第5の配管17eおよび第6の配管17f
と、アンモニアが流れる第7の配管17gと、モノシラ
ン(以下、「SiH4」という。)が流れる第8の配管
17hとから構成されている。これらの配管17a〜1
7h上には、ガス流量を制御する流量制御器15a〜1
5hがそれぞれ設置されている。また、第3の配管17
c上にはTMGが収容されたシリンダ18cが、第4の
配管17d上にはTMAが収容されたシリンダ18d
が、第5の配管17e上にはTMIが収容されたシリン
ダ18eが、第6の配管17f上にはCp2Mgが収容
されたシリンダ18fがそれぞれ設置されている。そし
て、第1〜第8の配管17a〜17hは反応管11に向
かって順次相互に合流されており、最終的に1本のガス
配管となってガス導入口11aに接続されている。 【0022】このような有機金属気相成長装置では、原
料ガスである有機金属化合物ガスは、流量制御器15
c、15d、15eによって流量を制御された水素ガス
からなるキャリアガスを、それぞれTMG、TMA、T
MIを内包したシリンダ18c〜18e内に導入してバ
ブリングさせることによって気化されて取り出される。
そして、これらの有機金属化合物ガスは、流量制御器1
5gによって流量を制御されたアンモニアとともに、流
量制御器15a、15bによって流量を制御された窒素
ガスおよび水素ガスの混合ガスからなる主キャリアガス
によって効率良く反応管11に供給される。 【0023】反応管11内においては、原料ガスである
アンモニアと有機金属化合物ガスが反応した後、加熱さ
れた基板15上に窒化ガリウム系化合物半導体薄膜が形
成される。なお、原料ガスの残りは排気ガス16として
排出される。 【0024】ここで、p型あるいはn型不純物のドープ
された窒化ガリウム系化合物半導体薄膜を成長させる場
合には、流量制御器15fによって流量を制御された水
素ガスからなるキャリアガスによってバブリングされて
取り出されたCp2Mgガス、あるいは流量制御器15
hによって流量を制御されたSiH4ガスを、前記有機
金属化合物ガスと同時に流す。なお、Cp2Mgガスは
p型不純物であるMgを含んでいるので、p型窒化ガリ
ウム系化合物半導体薄膜を成長させる場合に、SiH4
ガスはn型不純物であるSiを含んでいるので、n型窒
化ガリウム系化合物半導体薄膜を成長させる場合に用い
られる。 【0025】次に、有機金属気相成長装置を用いた成膜
の工程を説明する。まず、表面を鏡面に仕上げられたサ
ファイアの基板12を準備する。次に、これを良く洗浄
して反応管11内の基板ホルダ13に設置する。そし
て、第2の配管17bから水素ガスを流しながら基板1
2の表面温度を1100℃に10分間保ち、基板12を
加熱することにより表面に付着している有機物等の汚れ
や水分を取り除くためのクリーニングを行う。 【0026】その後、基板表面温度を600℃にまで降
下させ、この状態で主キャリアガスとして窒素ガスを1
0リットル/分、アンモニアを5リットル/分で流し、
TMAを含むTMA用のキャリアガスとTMIを含むT
MI用のキャリアガスを同時に流しながら、In(イン
ジウム)を含むAl1−xInxN(0<x<1)から
なるバッファ層をたとえば25nmの厚さに成長させ
る。Al1−xInxN(0<x<1)は、AlNとI
nN(窒化インジウム)の混晶の状態となっており、本
実施の形態では、InNの固相モル比xが0.7となる
ような流量にTMA用のキャリアガスとTMI用のキャ
リアガスを調整して流して試料を作製した。具体的に
は、TMA用のキャリアガスを6cc/分、TMI用の
キャリアガスを140cc/分で流した。 【0027】次に、TMAおよびTMIのキャリアガス
を止め、基板表面温度を1050℃まで上昇させた後、
主キャリアガスとして窒素ガスを8リットル/分、水素
ガスを2リットル/分と、新たにTMGを含むTMG用
のキャリアガスを4cc/分で流しながら3分間成長さ
せて、バッファ層上に窒化ガリウム系化合物半導体薄膜
を成長させる。 【0028】次に、原料ガスであるTMGガスを止め、
主キャリアガスとして窒素ガスを10リットル/分で流
しながら基板表面温度を1050℃に5分間保ち、バッ
ファ層に含まれるInを、成長させた窒化ガリウム系化
合物半導体薄膜中に拡散させる。ここで、Inを拡散さ
せるために、窒化ガリウム系化合物半導体薄膜の成長初
期段階における成長速度を遅くする方法や、窒化ガリウ
ム系化合物半導体薄膜を成長させた後に基板表面温度を
窒化ガリウム系化合物半導体薄膜成長時の温度以上に上
昇させる方法、等を用いることもできる。なお、偏析や
マストランスポートなどの移動によってバッファ層中の
Inを窒化ガリウム系化合物半導体薄膜に供給するよう
にしてもよい。 【0029】次に、基板表面温度を1050℃に保った
状態で、主キャリアガスとして窒素ガスを8リットル/
分、水素ガスを2リットル/分と、TMGを含むTMG
用のキャリアガスを4cc/分で流しながら、引き続き
窒化ガリウム系化合物半導体薄膜を成長させる。このよ
うにして、バッファ層上に窒化ガリウム系化合物半導体
薄膜を2μmの厚さで成長させる。 【0030】成長後、TMG用のキャリアガスとアンモ
ニアを止め、窒素ガスと水素ガスをそのままの流量で流
しながら室温まで冷却した後、ウェハーを反応管11か
ら取り出す。なお、ウェハーとは基板12に上記の薄膜
が成膜されたものを指す。 【0031】ここで、本発明者は、このようにして得ら
れた本実施の形態のウェハーの他に、比較例1として次
のようなプロセスによる試料を得た。 【0032】すなわち、上述のようなバッファ層を成長
させる工程において、TMA用およびTMI用のキャリ
アガスの代わりにTMA用のキャリアガスのみを20c
c/分で流す以外は同様にして、InN固相モル比xを
0.0にして、Inを含まないAlNからなるバッファ
層を成長させる。次に、TMAおよびTMIのキャリア
ガスを止め、基板表面温度を1050℃まで上昇させた
後、主キャリアガスとして窒素ガスを8リットル/分、
水素ガスを2リットル/分と、新たにTMGを含むTM
G用のキャリアガスを4cc/分で流しながら60分間
成長させて、バッファ層上に窒化ガリウム系化合物半導
体薄膜を2μmの厚さで成長させる。成長後、TMG用
のキャリアガスとアンモニアを止め、窒素ガスと水素ガ
スをそのままの流量で流しながら室温まで冷却した後、
ウェハーを反応管11から取り出して、これを比較例1
とするものである。 【0033】次に、以上の製造方法によって成膜された
窒化ガリウム系化合物半導体薄膜の評価を行った。評価
として二結晶X線回折装置によるX線ロッキングカーブ
の測定と二次イオン質量分光(以下、「SIMS」とい
う。)分析を行った。X線ロッキングカーブは、その半
値幅が小さいほど窒化ガリウム系化合物半導体薄膜の結
晶性が良好であることを示す。 【0034】Inを含まないAlNバッファ層を用いた
比較例1の試料においては、X線ロッキングカーブ半値
幅は約9分であり、Inを含むバッファ層を用いた本実
施の形態におけるX線ロッキングカーブ半値幅が約5分
であることと比較すると、大きな差が認められた。 【0035】ここで、図2に本実施の形態に示すような
Inを含むバッファ層の上に成長させた窒化ガリウム化
合物系半導体薄膜のSIMS深さプロファイルを示す。
図2からわかるように、Inを含むバッファ層を用いた
ウェハーでは、バッファ層に含まれるInがその上に成
長させた窒化ガリウム系化合物半導体層に拡散し、その
濃度が成長方向に減少している。一方、AlNバッファ
層を用いた比較例1の試料においては、図示しないが、
バッファ層とその上に成長させた窒化ガリウム系化合物
半導体が比較的急峻な界面を形成していることがわかっ
た。 【0036】本発明におけるInを含むバッファ層を用
いた場合に、従来のInを含まないバッファ層を用いた
場合よりも、その上に成長される窒化ガリウム系化合物
半導体薄膜の結晶性が改善される理由は、以下のように
推察することができる。 【0037】(1)Inを含むバッファ層を用いた場
合、AlNよりも硬度の低いInNが含まれることにな
るため、AlNやAlGaNをバッファ層として用いた
場合に比べ、バッファ層上に窒化ガリウム系化合物半導
体薄膜を高温で成長させる際に、基板と窒化ガリウム系
化合物半導体薄膜層との格子定数差によってこれらの間
に生じる歪みを吸収しやすくなり、歪みによって発生す
る結晶欠陥を低減できる効果があると考えられる。 【0038】(2)Inを含むバッファ層を用いると、
バッファ層に含まれるInを拡散させることにより、高
温で成長させる窒化ガリウム系化合物半導体薄膜のバッ
ファ層側の一部にInを含ませることができる。窒化ガ
リウム系化合物半導体薄膜に含まれるInはバッファ層
との界面近傍でその濃度が高いので、この界面近傍にお
いてバッファ層と窒化ガリウム系化合物半導体薄膜の格
子定数差を小さくすることができ、格子定数差に起因す
る歪みや結晶欠陥の発生を減少させることができる。後
述の実施の形態2のように、成長時の原料供給により窒
化ガリウム系化合物半導体薄膜にInを含ませる場合に
も、Inを含むバッファ層を用いるとバッファ層へのI
nの拡散を抑えることができるので、バッファ層との界
面近傍における窒化ガリウム系化合物半導体薄膜のIn
の濃度を制御性良く、かつ安定に維持することができ
る。 【0039】(3)Inを含む窒化ガリウム系化合物半
導体はInを含まない窒化ガリウム系化合物半導体より
も柔らかいので、上述した(1)のバッファ層の効果や
(2)のバッファ層との格子定数差の低減の効果と相乗
させて、窒化ガリウム系化合物半導体薄膜における歪み
や結晶欠陥の発生を低減させることができる。 【0040】なお、以上の説明では、バッファ層の上に
不純物をドープしない窒化ガリウム系化合物半導体薄膜
を成長させる構成について説明したが、窒化ガリウム系
化合物半導体薄膜にp型あるいはn型不純物をドープさ
せた場合についても同様の効果が得られる。 【0041】(実施の形態2)実施の形態2において
も、実施の形態1にて説明した有機金属気相成長装置が
用いられる。 【0042】そして、上記した実施の形態1の製造方法
と同様にしてAlInNからなるバッファ層を成長させ
た後、TMAおよびTMIのキャリアガスを止め、基板
表面温度を850℃まで上昇させた後、主キャリアガス
として窒素ガスを10リットル/分、新たにTMGを含
むTMG用のキャリアガスとTMI用のキャリアガスを
流しながら3分間成長させて、バッファ層上に窒化ガリ
ウム系化合物半導体薄膜を0.1μmの厚さで成長させ
る。成長中、TMG用のキャリアガスの流量を2cc/
分から4cc/分まで、TMI用のキャリアガスの流量
を120cc/分から0.1cc/分までそれぞれ線形
的に変化させながら流し、窒化ガリウム系化合物半導体
薄膜の成長方向にInの濃度を減少させる。 【0043】次に、TMG用のキャリアガスとTMI用
のキャリアガスを止め、基板表面温度を1050℃まで
上昇させた後、主キャリアガスとして窒素ガスを8リッ
トル/分、水素ガスを2リットル/分と、新たにTMG
を含むTMG用のキャリアガスを4cc/分で流しなが
ら57分間成長させる。このようにして、バッファ層上
に窒化ガリウム系化合物半導体薄膜を2μmの厚さで成
長させる。そして、アンモニアと窒素ガスと水素ガスを
そのままの流量で流しながら室温まで冷却した後、ウェ
ハーを反応管から取り出す。 【0044】上述のようにして得られた本実施の形態の
窒化ガリウム系化合物半導体薄膜のX線ロッキングカー
ブを測定したところ、その半値幅は約5分であり、実施
の形態1と同様に結晶性が良好であることがわかった。 【0045】また、本実施の形態の窒化ガリウム化合物
系半導体薄膜のSIMS分析を行ったところ、実施の形
態1の試料と同様に、バッファ層上に成長させた窒化ガ
リウム系化合物半導体薄膜に含まれるInの濃度がバッ
ファ層に接する側から成長方向になだらかに減少してい
ることがわかった。 【0046】したがって、本実施の形態においても、バ
ッファ層の上に成長される窒化ガリウム系化合物半導体
薄膜の結晶性が大幅に改善される。 【0047】なお、本実施の形態においては、バッファ
層上に成長させる窒化ガリウム系化合物半導体薄膜のバ
ッファ層側の一部にInを含ませる際に、TMI及びT
MGの流量を線形的に変化させたが、これらを階段状に
変化させて窒化ガリウム系化合物半導体薄膜に含まれる
Inの濃度を成長方向に階段状に減少させても良い。 【0048】(実施の形態3)図3は本発明の実施の形
態3に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の構造
を示す断面図である。 【0049】図3において、基板1上にはバッファ層
2、n型窒化ガリウム系化合物半導体薄膜3、アンドー
プInGaN層4、p型窒化ガリウム系化合物半導体薄
膜5が順次積層されている。また、p型窒化ガリウム系
化合物半導体薄膜5上にはp側電極6が、一部が露出さ
れたn型窒化ガリウム系化合物半導体薄膜3上にはn側
電極7が、それぞれ形成されている。このような窒化ガ
リウム系化合物半導体発光素子において、基板1はサフ
ァイア製が好ましく、また、このサファイア製の基板1
上に形成されたバッファ層2はInを含むAl1−xI
nxN(0<x<1)からなり、これはAlNとInN
の混晶からなる。 【0050】ここで、アンドープとは薄膜形成時にp型
不純物、n型不純物が添加されていないということであ
り、アンドープInGaN層4が発光層となる。 【0051】本実施の形態における窒化ガリウム系化合
物半導体発光素子の製造方法は以下の通りである。 【0052】前述のような実施の形態1と同様の製造方
法によりInを含むAl1−xInxN(0<x<1)
からなるバッファ層2を成長させ、次に、TMA用とT
MI用のキャリアガスを止め、基板表面温度を1050
℃まで上昇させた後、主キャリアガスとして、窒素ガス
を8リットル/分、水素ガスを2リットル/分で流しな
がら、新たにTMG用のキャリアガスを4cc/分、S
i源である10ppmのSiH4ガスを10cc/分で
流しながら窒化ガリウム系化合物半導体薄膜を3分間成
長させる。 【0053】次に、TMG用のキャリアガスとSiH4
ガスを止め、主キャリアガスとして窒素ガスを10リッ
トル/分で流しながら基板表面温度を1050℃に5分
間保ち、バッファ層に含まれるInを成長させた窒化ガ
リウム系化合物半導体薄膜に拡散させる。基板表面温度
を1050℃に保った状態で、再び主キャリアガスとし
て窒素ガスを8リットル/分、水素ガスを2リットル/
分と、TMGを含むTMG用のキャリアガスを4cc/
分、SiH4ガスを10cc/分で流しながら窒化ガリ
ウム系化合物半導体薄膜を成長させる。このようにし
て、バッファ層上にSiをドープしたn型窒化ガリウム
系化合物半導体薄膜を2μmの厚さで成長させる。 【0054】n型窒化ガリウム系化合物半導体薄膜3を
成長させた後、TMG用のキャリアガスとSiH4ガス
を止め、基板表面温度を750℃にまで下降させ、新た
に主キャリアガスとして窒素ガスを10リットル/分、
TMG用のキャリアガスを2cc/分、TMI用のキャ
リアガスを100cc/分で流しながら1分間成長させ
て、アンドープInGaN層4を3nmの厚さで成長さ
せる。 【0055】InGaN層4を成長させた後、TMG用
のキャリアガスとTMI用のキャリアガスを止め、基板
表面温度を1050℃にまで上昇させ、新たに主キャリ
アガスとして窒素ガスを8リットル/分、水素ガスを
1.95リットル/分と、TMGを含むTMG用のキャ
リアガスを4cc/分、Cp2Mg用のキャリアガスを
50cc/分で流しながら15分間成長させて、Mgを
ドープした窒化ガリウム系化合物半導体薄膜を0.5μ
mの厚さで成長させる。成長後、TMG用のキャリアガ
スとCp2Mg用のキャリアガスとアンモニアを止め
て、窒素ガスと水素ガスをそのままの流量で流しながら
室温まで冷却した後、ウェハーを反応管から取り出す。 【0056】このようにして形成したn型窒化ガリウム
系化合物半導体薄膜3とアンドープInGaN層4とp
型窒化ガリウム系化合物半導体薄膜5との積層構造から
なる量子井戸構造を含むpn接合に対して、p型窒化ガ
リウム系化合物半導体薄膜5およびInGaN層4の一
部をエッチングしてn型窒化ガリウム系化合物半導体薄
膜3の一部を露出させ、p型窒化ガリウム系化合物半導
体薄膜5およびn型窒化ガリウム系化合物半導体薄膜3
それぞれの層にオーミック電極であるp側電極6とn側
電極7を形成する。 【0057】この後、サファイアの基板1の裏面を研磨
して100μm程度まで薄くし、スクライブによりチッ
プ状に分離する。このチップをpn接合形成面を上向き
にしてステムに接着した後、チップのn側電極7および
p側電極6を各々ステム上の電極にワイヤで結線し、そ
の後樹脂モールドして発光ダイオードを作製する。 【0058】本発明者がこの発光ダイオードを20mA
の順方向電流で駆動したところ、順方向電圧は3.9
V、発光出力は890μW、スペクトル半値幅は14n
mであり、波長430nmで青紫色発光を呈した。 【0059】ここで、本発明者は、このようにして得ら
れた本実施の形態の発光ダイオードの他に、比較例2と
して次のようなプロセスによる試料を得た。 【0060】すなわち、上記した比較例1と同様にして
Inを含まないAlNからなるバッファ層2を成長さ
せ、次に、TMA用のキャリアガスを止め、基板表面温
度を1050℃まで昇温させた後、主キャリアガスとし
て、窒素ガスを8リットル/分、水素ガスを2リットル
/分で流しながら、新たにTMG用のキャリアガスを4
cc/分、Si源である10ppmのSiH4ガスを1
0cc/分で流しながら60分間成長させ、バッファ層
上にSiをドープしたn型窒化ガリウム系化合物半導体
薄膜3を2μmの厚さで成長させる。以下、本実施の形
態において述べたものと同等の方法で発光ダイオードを
作製し、これを比較例2とするものである。 【0061】この比較例2の発光ダイオードを20mA
の順方向電流で駆動したところ、順方向電圧や波長は上
記実施の形態3に記載のプロセスで得られた試料とほぼ
同一であったが、発光出力は150μWと約1/6に低
下し、スペクトル半値幅は31nmと広くなった。 【0062】なお、以上の実施の形態においては、In
を含むバッファ層としてAl1−xInxN(0<x<
1)を用いたが、InyGa1−yN(0<y≦1)や
AlaInbGa1−a−bN(0≦a≦1,0<b≦
1,a+b≦1)を用いても同様の効果が得られること
は明らかである。 【0063】 【発明の効果】以上のように、本発明は、有機金属気相
成長法を用いた窒化ガリウム系化合物半導体薄膜の製造
方法であって、基板を用意し、この基板上にインジウム
を含むバッファ層を成長させ、バッファ層の上にインジ
ウムを含む窒化ガリウム系化合物半導体薄膜を成長させ
るとともに、窒化ガリウム系化合物半導体薄膜の成膜に
おいては、この窒化ガリウム系化合物半導体薄膜のバッ
ファ層と接する側から成長方向にかけてインジウムの濃
度が減少するようにインジウムを含ませるものであり、
バッファ層とこのバッファ層の上に成長される窒化ガリ
ウム系化合物半導体薄膜との格子定数差が界面近傍で小
さくなるので、歪みや結晶欠陥等の発生が減少されてよ
り結晶性が改善されるという有効な効果が得られる。 【0064】 【0065】 【0066】 【0067】 【0068】 【0069】
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the InventionIsGallium-based compounds
The present invention relates to a method for manufacturing a semiconductor thin film. [0002] 2. Description of the Related Art Gallium nitride-based compound semiconductors use visible light.
Semiconductor materials for light-emitting devices and high-temperature operating electronic devices
It is attracting attention. In these devices,
Generally, a structure in which semiconductor thin films are stacked is used. Here, a gallium nitride-based compound semiconductor thin film
Metalorganic vapor phase epitaxy is a well-known method for growing
Have been. In this method, I.sub.
Organometallic compound gas (tri-
Methyl gallium (hereinafter referred to as "TMG"), trime
Chilled aluminum (hereinafter referred to as “TMA”),
Methyl indium (hereinafter referred to as "TMI") and the like
And ammonia and hydrazine as source gases for Group V elements
And the like, and the substrate temperature is set to about 900 ° C. to 1100 ° C.
Gallium nitride-based compound semiconductor on substrate held at high temperature
This is a method of growing a thin film. This method allows gall nitride
Gallium nitride-based compound semiconductors
Since there is no compound semiconductor substrate, it is relatively
Different types of sapphire and silicon carbide (SiC) with similar molecular constants
A material is used as the substrate. However, sapphire and SiC substrates are not
Lattice irregularities exist between lithium-based compound semiconductors.
Gallium nitride-based compound on these substrates at high temperature
Gallium nitride-based compound semiconductors
It grows in islands and a flat surface cannot be obtained. As means for solving this, Japanese Patent Laid-Open No. 2-2
29476 and JP-A-6-151962.
As disclosed, gallium nitride based compound semiconductors
Low temperature amorphous nitride on the substrate before growth
Luminium (AlN) and aluminum gallium nitride (A
1GaN) is grown, and the buffer layer
Gallium nitride based compound semiconductor grown on
There is a method. Then, using this method, gallium nitride
Light-emitting device having a structure in which thin film of compound semiconductor thin film is laminated
Has been produced. [0006] However, at low temperatures,
By the conventional method using a buffer layer to be grown,
Gallium nitride based compound semiconductor grown on buffer layer
Since the thin film still contains many defects, etc.
The characteristics of the light-emitting device manufactured using it are not sufficient, and high efficiency
Gallium nitride based compound semiconductor
Further improvement in crystallinity of a body thin film is desired. [0007] Here, the above-mentioned conventional technique is not suitable for high temperature nitriding.
Before growing gallium arsenide compound semiconductor thin films
This is a method using a buffer layer to be grown. like this
In the method, the material of the buffer layer grown exclusively at low temperature
Gallium nitride grown at high temperature
By optimizing the growth conditions of
Gallium nitride based compound grown on the buffer layer
Attempts to improve the quality of oxide semiconductor thin films
Gallium nitride near the interface with the buffer layer
Of thin film quality focusing on the structure of base compound semiconductor thin film itself
There is no special respect for good. [0008] [0009]BookThe invention is based on gallium nitride based
An object of the present invention is to provide a method for producing a compound semiconductor thin film.
You. [0010] [MEANS FOR SOLVING THE PROBLEMS]
The gallium nitride based compound semiconductor light emitting device of the present inventionMade
Construction methodIsGallium nitride based metal organic chemical vapor deposition
A method for producing a compound semiconductor thin film, comprising preparing a substrate,
A buffer layer containing indium is grown on this substrate,
Gallium nitride based compound containing indium on buffer layer
Gallium nitride based materials
In forming a compound semiconductor thin film, the gallium nitride-based
Growth direction from the side of the compound semiconductor thin film in contact with the buffer layer
Indium so that the concentration of indium decreases
IncludeThings. [0011] [0012] [0013] DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The invention according to claim 1 of the present invention
IsGallium nitride based compounds using metal organic chemical vapor deposition
A method for manufacturing a semiconductor thin film, comprising preparing a substrate,
A buffer layer containing indium is grown on the plate and
Gallium nitride based semiconductor containing indium
Gallium nitride-based compound
In forming a conductive thin film, the gallium nitride-based compound
From the side in contact with the buffer layer of the semiconductor thin film in the growth direction
Contains indium to reduce the concentration of indium
What to makeIs the result of the gallium nitride based compound semiconductor thin film.
Improved crystallization and excellent luminescence properties
It has the action of:Also, the buffer layer and this buffer
Gallium nitride-based compound semiconductor thin film grown on the layer
The lattice constant difference becomes smaller near the interface, causing distortion and crystal defects.
Etc. is reduced and the crystallinity is improved.
Have. [0014] [0015] [0016] [0017] [0018] Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
This will be described with reference to FIG. (Embodiment 1) FIG. 1 is used in Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a main part of a metal organic chemical vapor deposition apparatus to be used.
Yes, the structure of the reaction section and the gas system leading to the reaction section
It is shown. In FIG. 1, a gas inlet 11a is provided at one end.
Is a reaction tube 11 having a gas outlet 11b opened at the other end.
Hold the thin film growth surface of the substrate 12 downward.
A substrate holder 13 is provided. Outside the reaction tube 11
A heating element 14 is provided near the substrate holder 13.
The substrate holder 13 and the substrate 12 are
Is heated. The gas inlet 11a has a key inside the reaction tube 11.
Gas piping for introducing carrier gas and raw material gas
It is connected. The gas piping is connected to the main carrier gas, nitrogen.
First pipe 17 through which raw gas and hydrogen gas respectively flow
a from the second pipe 17b and the second pipe 17b.
TMG, TMA, TMI and biscyclopenta
Dienyl magnesium (hereinafter referred to as “CpTwoMg "
U. ) Is a hydrogen gas for taking in each
The third pipe 17c and the fourth pipe through which the rear gas flows respectively.
Pipe 17d, fifth pipe 17e and sixth pipe 17f
And a seventh pipe 17g through which ammonia flows, and a monosila
(Hereinafter referred to as “SiHFour" Eighth pipe through which flows
17h. These pipes 17a-1
7h, there are flow controllers 15a-1 which control the gas flow.
5h are installed respectively. Also, the third pipe 17
The cylinder 18c in which TMG is stored is located on the fourth cylinder c.
Cylinder 18d containing TMA on pipe 17d
However, a syringe containing TMI is provided on the fifth pipe 17e.
The second pipe 18e has Cp on the sixth pipe 17f.TwoMg is contained
Each of the cylinders 18f is provided. Soshi
The first to eighth pipes 17 a to 17 h are directed to the reaction tube 11.
Once they are merged with each other, one gas
A pipe is connected to the gas inlet 11a. In such a metal organic chemical vapor deposition apparatus,
The organometallic compound gas, which is a feed gas, is supplied to the flow controller 15.
Hydrogen gas whose flow rate is controlled by c, 15d, 15e
The carrier gas consisting of TMG, TMA, T
MI is introduced into cylinders 18c to 18e,
It is vaporized and taken out by the bling.
These organometallic compound gases are supplied to the flow controller 1
With ammonia whose flow rate was controlled by 5 g,
Nitrogen whose flow rate is controlled by the quantity controllers 15a and 15b
Main carrier gas consisting of a mixture of gas and hydrogen gas
Thus, it is efficiently supplied to the reaction tube 11. The raw material gas in the reaction tube 11
After the ammonia and the organometallic compound gas react,
Gallium nitride-based compound semiconductor thin film
Is done. The rest of the source gas is exhaust gas 16
Is discharged. Here, doping of p-type or n-type impurities
For growing grown gallium nitride based compound semiconductor thin films
In this case, the water whose flow rate is controlled by the flow rate
Bubbling with carrier gas
Retrieved CpTwoMg gas or flow controller 15
SiH whose flow rate is controlled by hFourGas, the organic
Flow simultaneously with metal compound gas. Note that CpTwoMg gas
Since it contains p-type impurity Mg, p-type gallium nitride
In growing a compound semiconductor thin film, SiHFour
Since the gas contains Si, which is an n-type impurity, n-type nitrogen
Used for growing gallium arsenide compound semiconductor thin films
Can be Next, film formation using a metal organic chemical vapor deposition apparatus
Step will be described. First, a mirror-finished surface
A fire substrate 12 is prepared. Next, clean this well
Then, it is set on the substrate holder 13 in the reaction tube 11. Soshi
While flowing hydrogen gas from the second pipe 17b.
2 is maintained at 1100 ° C. for 10 minutes,
Dirt such as organic matter adhering to the surface by heating
And cleaning to remove moisture. Thereafter, the substrate surface temperature is lowered to 600 ° C.
In this state, nitrogen gas is used as the main carrier gas for 1 hour.
0 liters / minute, ammonia at 5 liters / minute,
Carrier gas for TMA containing TMA and T containing TMI
While flowing MI carrier gas at the same time,
From Al1-xInxN (0 <x <1) containing
A buffer layer having a thickness of, for example, 25 nm.
You. Al1-xInxN (0 <x <1) corresponds to AlN and I
It is in a mixed crystal state of nN (indium nitride).
In the embodiment, the solid phase molar ratio x of InN is 0.7.
At this rate, the carrier gas for TMA and the carrier gas for TMI
A sample was prepared by adjusting and flowing the rear gas. Specifically
Has a carrier gas of 6 cc / min for TMA and a carrier gas for TMI.
Carrier gas was flowed at 140 cc / min. Next, the carrier gas of TMA and TMI
And after raising the substrate surface temperature to 1050 ° C,
8 liters / min of nitrogen gas as main carrier gas, hydrogen
2 liters / min gas, for TMG containing new TMG
Grown for 3 minutes while flowing a carrier gas of 4 cc / min.
Gallium nitride compound semiconductor thin film on the buffer layer
Grow. Next, the TMG gas as the source gas is stopped,
Flow nitrogen gas at 10 L / min as main carrier gas
While maintaining the substrate surface temperature at 1050 ° C for 5 minutes,
Gallium nitride based In grown in the pha layer
Diffusion into the compound semiconductor thin film. Here, In is diffused.
Gallium nitride based compound semiconductor thin film growth
To reduce the growth rate at the initial stage
After growing the compound semiconductor thin film,
Above the temperature when growing gallium nitride based compound semiconductor thin film
It is also possible to use an ascending method. In addition, segregation and
Movement of mass transport etc.
To supply In to gallium nitride based compound semiconductor thin film
It may be. Next, the substrate surface temperature was kept at 1050 ° C.
In the state, nitrogen gas as a main carrier gas was 8 liter /
Min, hydrogen gas at 2 liters / min and TMG containing TMG
While flowing carrier gas at 4 cc / min.
Gallium nitride based compound semiconductor thin film is grown. This
Gallium nitride compound semiconductor on the buffer layer
A thin film is grown to a thickness of 2 μm. After the growth, a carrier gas for TMG and ammonia
Stop nearing, and flow nitrogen gas and hydrogen gas at the same flow rate.
After cooling to room temperature, the wafer is
Take it out. The wafer is a thin film on the substrate 12 as described above.
Indicates a film formed. Here, the present inventor has obtained
In addition to the wafer of the present embodiment,
A sample was obtained by the following process. That is, the buffer layer as described above is grown.
In the process of carrying, TMA and TMI
20c only TMA carrier gas instead of Agus
In the same manner except for flowing at c / min, the InN solid phase molar ratio x
0.0, buffer made of AlN not containing In
Grow the layer. Next, TMA and TMI carriers
The gas was stopped and the substrate surface temperature was raised to 1050 ° C.
After that, nitrogen gas as a main carrier gas is 8 liter / min.
2 L / min of hydrogen gas and TM containing new TMG
60 minutes while flowing carrier gas for G at 4 cc / min
Gallium nitride based semiconductor on the buffer layer
A body thin film is grown to a thickness of 2 μm. After growth, for TMG
Stop carrier gas and ammonia, and remove nitrogen gas and hydrogen gas.
After cooling to room temperature while flowing the gas at the same flow rate,
The wafer was taken out of the reaction tube 11 and was taken out in Comparative Example 1.
It is assumed that. Next, a film was formed by the above manufacturing method.
The gallium nitride based compound semiconductor thin film was evaluated. Evaluation
X-ray rocking curve by two-crystal X-ray diffractometer
Measurement and secondary ion mass spectroscopy (hereinafter “SIMS”)
U. )Analysis was carried out. The X-ray rocking curve is half that
The smaller the value range, the more the gallium nitride-based compound semiconductor
It shows that the crystallinity is good. An AlN buffer layer containing no In was used.
In the sample of Comparative Example 1, the X-ray rocking curve half value
The width is about 9 minutes.
X-ray rocking curve half width of the embodiment is about 5 minutes
A large difference was recognized as compared with Here, as shown in FIG.
Gallium nitride grown on In-containing buffer layer
4 shows a SIMS depth profile of a compound semiconductor thin film.
As can be seen from FIG. 2, a buffer layer containing In was used.
In the wafer, In contained in the buffer layer is formed thereon.
Diffused into the elongated gallium nitride-based compound semiconductor layer,
The concentration decreases in the growth direction. On the other hand, AlN buffer
In the sample of Comparative Example 1 using the layer, although not shown,
Buffer layer and gallium nitride based compound grown on it
It turns out that the semiconductor forms a relatively steep interface
Was. In the present invention, the buffer layer containing In is used.
In this case, a conventional buffer layer containing no In was used.
Gallium nitride based compound grown on it
The reasons why the crystallinity of semiconductor thin films is improved are as follows.
Can be inferred. (1) When a buffer layer containing In is used,
In this case, InN having a lower hardness than AlN is included.
Therefore, AlN or AlGaN was used as the buffer layer.
Gallium nitride-based compound on the buffer layer
When growing body thin films at high temperatures,
Due to the lattice constant difference with the compound semiconductor thin film layer,
Can easily absorb the distortion that occurs in
It is considered that there is an effect of reducing crystal defects. (2) When a buffer layer containing In is used,
By diffusing In contained in the buffer layer,
Of gallium nitride-based compound semiconductor thin film grown at high temperature
In can be contained in a part of the far layer side. Gas nitride
In contained in the lithium-based compound semiconductor thin film is a buffer layer
The concentration is high near the interface with
Buffer layer and gallium nitride based compound semiconductor thin film
Element difference can be reduced, and the
This can reduce the occurrence of distortion and crystal defects. rear
As described in the second embodiment, the supply of raw materials during growth
When In is contained in gallium gallium compound semiconductor thin film
Also, when a buffer layer containing In is used, I
Since the diffusion of n can be suppressed, the boundary with the buffer layer
Of gallium nitride-based compound semiconductor thin film near the surface
Concentration can be maintained stably with good controllability.
You. (3) Gallium nitride based compound containing In
Conductor is made of gallium nitride based compound semiconductor not containing In
Is also soft, so that the effect of the buffer layer (1) described above and
(2) Synergy and effect of reducing lattice constant difference with buffer layer
The strain in the gallium nitride-based compound semiconductor thin film
And the occurrence of crystal defects can be reduced. In the above description, the buffer layer is
Gallium nitride based compound semiconductor thin films without impurity doping
Has been described for growing gallium nitride.
Doping compound semiconductor thin film with p-type or n-type impurities
The same effect can be obtained also in the case where it is performed. (Embodiment 2) In Embodiment 2
Also, the metal organic chemical vapor deposition apparatus described in Embodiment 1
Used. Then, the manufacturing method according to the first embodiment described above
A buffer layer made of AlInN is grown in the same manner as described above.
After stopping the carrier gas of TMA and TMI,
After increasing the surface temperature to 850 ° C, the main carrier gas
10 liters / min of nitrogen gas, newly containing TMG
The carrier gas for TMG and the carrier gas for TMI
Growing for 3 minutes while flowing
A compound semiconductor thin film with a thickness of 0.1 μm
You. During growth, the flow rate of the carrier gas for TMG was increased to 2 cc /
Flow rate of carrier gas for TMI from min to 4cc / min
Linear from 120cc / min to 0.1cc / min
Gallium nitride based compound semiconductor
The concentration of In is reduced in the growth direction of the thin film. Next, a carrier gas for TMG and a carrier gas for TMI
Stop the carrier gas of, and reduce the substrate surface temperature to 1050 ° C
After raising, 8 l of nitrogen gas as main carrier gas
Torr / min, hydrogen gas 2 liter / min, new TMG
While flowing a carrier gas for TMG containing 4 cc / min.
Grow for 57 minutes. Thus, on the buffer layer
Gallium nitride-based compound semiconductor thin film with a thickness of 2 μm
Lengthen. And ammonia, nitrogen gas and hydrogen gas
After cooling to room temperature while flowing at the same flow rate,
Remove the har from the reaction tube. In the present embodiment obtained as described above,
X-ray rocking car of gallium nitride based compound semiconductor thin film
The measured half-width was about 5 minutes.
It was found that the crystallinity was good as in the case of Embodiment 1. The gallium nitride compound of the present embodiment
SIMS analysis of semiconductor thin films
As in the case of the sample of Embodiment 1, the nitride gas grown on the buffer layer
The concentration of In contained in the
It gradually decreases in the growth direction from the side in contact with the
I found out. Therefore, in this embodiment, too,
Gallium nitride-based compound semiconductor grown on a buffer layer
The crystallinity of the thin film is greatly improved. In the present embodiment, the buffer
Gallium nitride based compound semiconductor thin film grown on
When In is contained in a part of the buffer layer side, TMI and T
The flow rate of MG was changed linearly,
Gallium nitride based compound semiconductor thin film
The concentration of In may be reduced stepwise in the growth direction. (Embodiment 3) FIG. 3 shows an embodiment of the present invention.
Structure of gallium nitride based compound semiconductor light emitting device according to embodiment 3
FIG. In FIG. 3, a buffer layer is provided on a substrate 1.
2, n-type gallium nitride based compound semiconductor thin film 3, ANDO
InGaN layer 4, p-type gallium nitride compound semiconductor thin film
The films 5 are sequentially stacked. In addition, p-type gallium nitride
A p-side electrode 6 is partially exposed on the compound semiconductor thin film 5.
N-type gallium nitride-based compound semiconductor thin film 3
Electrodes 7 are respectively formed. Such a nitride gas
In a lithium-based compound semiconductor light emitting device, the substrate 1
Preferably, the substrate 1 is made of sapphire.
The buffer layer 2 formed thereon is made of Al1-xI containing In.
nxN (0 <x <1), which is composed of AlN and InN
Consisting of a mixed crystal of Here, undoped means that the p-type
Impurities and n-type impurities are not added.
Thus, the undoped InGaN layer 4 becomes a light emitting layer. Gallium nitride based compound in the present embodiment
The method for manufacturing the semiconductor light emitting device is as follows. The same manufacturing method as in the first embodiment as described above.
Al1-xInxN containing In by the method (0 <x <1)
A buffer layer 2 consisting of TMA and T
Stop the carrier gas for MI, and reduce the substrate surface temperature to 1050
℃, then use nitrogen gas as the main carrier gas
At 8 liters / minute and hydrogen gas at 2 liters / minute.
Then, a new carrier gas for TMG was added at 4 cc / min.
10 ppm SiH as i sourceFourGas at 10cc / min
Gallium nitride based compound semiconductor thin film for 3 minutes
Lengthen. Next, a carrier gas for TMG and SiHFour
Stop the gas and add 10 liters of nitrogen gas as the main carrier gas.
The substrate surface temperature was raised to 1050 ° C for 5 minutes while flowing at Torr / min.
Gas nitride grown with In contained in the buffer layer.
It is diffused into a lithium-based compound semiconductor thin film. Substrate surface temperature
While maintaining the temperature at 1050 ° C.,
8 liters / minute of nitrogen gas and 2 liters / hour of hydrogen gas
And the carrier gas for TMG containing TMG at 4 cc /
Min, SiHFourGully nitride while flowing gas at 10 cc / min
A compound semiconductor thin film is grown. Like this
N-type gallium nitride doped with Si on the buffer layer
A compound semiconductor thin film is grown to a thickness of 2 μm. The n-type gallium nitride compound semiconductor thin film 3 is
After the growth, a carrier gas for TMG and SiHFourgas
And reduce the substrate surface temperature to 750 ° C,
10 liter / min of nitrogen gas as main carrier gas
The carrier gas for TMG is 2 cc / min and the carrier gas for TMI is
Grow for 1 minute while flowing the rear gas at 100 cc / min.
Undoped InGaN layer 4 is grown to a thickness of 3 nm.
Let After growing the InGaN layer 4,
Stop carrier gas for TMI and carrier gas for TMI
Raise the surface temperature to 1050 ° C and add a new main carrier.
8 liters / min of nitrogen gas and hydrogen gas as gas
1.95 liters / minute and TMG containing TMG
4cc / min of rear gas, CpTwoCarrier gas for Mg
Grow for 15 minutes while flowing at 50 cc / min.
0.5 μm of doped gallium nitride-based compound semiconductor thin film
grow to a thickness of m. After growth, carrier gas for TMG
And CpTwoStop carrier gas and ammonia for Mg
While flowing nitrogen gas and hydrogen gas at the same flow rate.
After cooling to room temperature, the wafer is removed from the reaction tube. The n-type gallium nitride thus formed
-Based compound semiconductor thin film 3, undoped InGaN layer 4, and p
From the stacked structure with the gallium nitride-based compound semiconductor thin film 5
Pn junction including a quantum well structure
One of the lithium-based compound semiconductor thin film 5 and the InGaN layer 4
Etching the part to remove the n-type gallium nitride compound semiconductor thin film
A part of the film 3 is exposed, and a p-type gallium nitride-based compound semiconductor
Body thin film 5 and n-type gallium nitride-based compound semiconductor thin film 3
Each layer has a p-side electrode 6 as an ohmic electrode and an n-side electrode
An electrode 7 is formed. Thereafter, the back surface of the sapphire substrate 1 is polished.
To a thickness of about 100 μm and scribe
Separate in the shape of a loop. With this chip facing up the pn junction formation surface
After bonding to the stem, the n-side electrode 7 of the chip and
Each p-side electrode 6 is connected to an electrode on the stem by a wire, and
Thereafter, resin molding is performed to produce a light emitting diode. The present inventor has set this light emitting diode to 20 mA.
, The forward voltage was 3.9.
V, emission output: 890 μW, spectrum half width: 14 n
m and emitted blue-violet light at a wavelength of 430 nm. Here, the present inventor has obtained
In addition to the light emitting diode of the present embodiment,
Then, a sample was obtained by the following process. That is, in the same manner as in Comparative Example 1 described above,
A buffer layer 2 made of AlN not containing In is grown.
Next, the carrier gas for TMA is stopped and the substrate surface temperature is stopped.
After the temperature is raised to 1050 ° C, it is used as the main carrier gas.
8 liters / minute of nitrogen gas and 2 liters of hydrogen gas
/ Min while supplying a new carrier gas for TMG.
cc / min, 10 ppm SiH as Si sourceFour1 gas
Growing for 60 minutes while flowing at 0 cc / min, buffer layer
N-type gallium nitride compound semiconductor doped with Si
A thin film 3 is grown to a thickness of 2 μm. Hereafter, the form of this implementation
LED in the same way as described in
This was used as Comparative Example 2. The light emitting diode of Comparative Example 2 was set to 20 mA
When driven with the forward current of
Almost the same as the sample obtained by the process described in Embodiment 3.
It was the same, but the emission output was as low as 150 μW, about 1/6.
As a result, the half width of the spectrum was increased to 31 nm. In the above embodiment, In
Al1-xInxN (0 <x <
1) was used, but InyGa1-yN (0 <y ≦ 1) or
AlaInbGa1-a-bN (0 ≦ a ≦ 1, 0 <b ≦
1, a + b ≦ 1) can achieve the same effect.
Is clear. [0063] As described above, the present inventionIs the organometallic vapor phase
Of gallium nitride-based compound semiconductor thin film using GaN growth method
Providing a substrate and forming indium on the substrate.
Grow a buffer layer containing
Gallium nitride based compound semiconductor thin film containing
To form gallium nitride-based compound semiconductor thin films
The gallium nitride-based compound semiconductor thin film
Concentration of indium from the side in contact with the
Indium is included to reduce the degree,
Buffer layer and gallium nitride grown on this buffer layer
The lattice constant difference with the compound semiconductor thin film is small near the interface.
The occurrence of distortion and crystal defects is reduced.
An effective effect of improving the crystallinity is obtained. [0064] [0065] [0066] [0067] [0068] [0069]

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の実施の形態1で用いられる有機金属気
相成長装置の主要部を示す断面図 【図2】インジウムを含むバッファ層の上に成長させた
窒化ガリウム化合物系半導体薄膜のバッファ層近傍のS
IMS深さプロファイルを示すグラフ 【図3】本発明の実施の形態3に係る窒化ガリウム系化
合物半導体発光素子の構造を示す断面図 【符号の説明】 1 基板 2 バッファ層 3 n型窒化ガリウム系化合物半導体薄膜 4 アンドープInGaN層 5 p型窒化ガリウム系化合物半導体薄膜 6 p側電極 7 n側電極
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a cross-sectional view showing a main part of a metal organic chemical vapor deposition apparatus used in a first embodiment of the present invention. FIG. S near the buffer layer of gallium compound based semiconductor thin film
FIG. 3 is a graph showing an IMS depth profile. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a structure of a gallium nitride-based compound semiconductor light emitting device according to a third embodiment of the present invention. Semiconductor thin film 4 undoped InGaN layer 5 p-type gallium nitride based compound semiconductor thin film 6 p-side electrode 7 n-side electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 品川 修一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平7−249795(JP,A) 特開 平6−326416(JP,A) 特開 平7−249796(JP,A) 特開 平7−249820(JP,A) 特開 平8−293473(JP,A) 特開 平9−129928(JP,A) 特開 平9−315899(JP,A) 特開 平10−93137(JP,A) 特開 平10−303460(JP,A) 特開 平10−303458(JP,A) 特開 平9−307190(JP,A) 特開 平10−51074(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 33/00 H01L 21/205 H01L 21/86 H01S 5/00 - 5/50 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Shuichi Shinagawa 1006 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) References JP-A-7-249795 (JP, A) 326416 (JP, A) JP-A-7-249796 (JP, A) JP-A-7-249820 (JP, A) JP-A 8-293473 (JP, A) JP-A 9-129928 (JP, A) JP-A-9-315899 (JP, A) JP-A-10-93137 (JP, A) JP-A-10-303460 (JP, A) JP-A-10-303458 (JP, A) JP-A-9-307190 (JP, A) JP-A-10-51074 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 33/00 H01L 21/205 H01L 21/86 H01S 5/00-5 / 50

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】有機金属気相成長法を用いた窒化ガリウム
系化合物半導体薄膜の製造方法であって、 基板を用意し、 この基板上にインジウムを含むバッファ層を成長させ、 前記バッファ層の上にインジウムを含む窒化ガリウム系
化合物半導体薄膜を成長させるとともに、前記窒化ガリ
ウム系化合物半導体薄膜の成膜においては、この窒化ガ
リウム系化合物半導体薄膜の前記バッファ層と接する側
から成長方向にかけてインジウムの濃度が減少するよう
にインジウムを含ませることを特徴とする窒化ガリウム
系化合物半導体薄膜の製造方法。
(1) A method for producing a gallium nitride-based compound semiconductor thin film using metalorganic chemical vapor deposition, comprising: preparing a substrate; and forming a buffer layer containing indium on the substrate. are grown, along with growing a gallium compound semiconductor nitride thin film containing indium on said buffer layer, said nitride gully
In the formation of a thin film of a compound semiconductor thin film,
The side of the lithium-based compound semiconductor thin film in contact with the buffer layer
Indium concentration decreases from
A method for producing a gallium nitride-based compound semiconductor thin film, characterized by including indium .
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